Явнополюсная электрическая машина Советский патент 1985 года по МПК H02K9/19 

4 4

О5

00

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к высокскоростным электрическим машинам с явнополюснмм ротором и охлаждением путем подачи жидкого хладагента непосредственно на поверхности тепловыделяюкщх обмоток..

Известны электрические машины, в которых подвод жидкого хладагента к катушечной обмотке явнополюсного ро тора осуществляют с Помощью центробежных распылителей, расположенных под- лобовыми частями катушек и сбрасывающих на периферию круговой веер распьшенной жидкости 1 .

Недостатком таких машин является низкая степень использования хладагента для охлаждения обмоток вследствие того, что часть распыленного хладагента попадает в промежутки между лобовыми частями соседних полюсных катушек, составляющие значительный процент окружности ротора, где эта часть хладагента не используется для отвода тепла от об мотки ротора и сбрасывается за ее пределы неуправляемо, поэтому также не может быть эффективно использована для охлаждения обмотки статора.

Наиболее близкой к изобретению является явнополюсная машина с непосредственнь1м охлаждением, содержащая Статор с обмоткой, ротор с катушечной обмоткой, имеющей в лобовых частях зону расщепления, цапфами, стяжками, шпильками и жиклерами подачи хладагента.

При этом для увеличения поверхности теплообмена катушки обмотки явнополюсного ротора выполнены расщепленными на слои в лобовых частях а подача хладагента осуществлена струями из жиклеров, размещенных в стенках полого вала под расщепленными участками обмотки, причем на каж дую зону расщепления установлено . только по одному жиклеру, поскольку входное гидравлическое сопротивление щелевых промежутков между слоям обмотки достаточно велико для того, чтобы раздробить струю и обеспечить распределение хладагента между всем щелевыми промежутками. Ввиду существования инерционного сноса жидкости в тангенциальном направлении на поверхностях вращаю1цихся обмоток каждый из жиклеров устанавливают с опережением относительно оси полюса

по вращению, ротора, направляя струю хладагента на краевую область расщепленного участка охлаждаемой обмotки. После прохождения хладагента сквозь обмотку ротора его выброс на обмотку статора осуществляется через щелевые радиальные каналы в козырьках обмоткодержателей 2.

В известном устройстве обеспечен интенсивный отвод тепловых потерь при рациональном использовании хладагента, однако оно реализуемо только применительно к многополюсным машинам при невысоких частотах вращения.

Недостатком известного устройства является невозможность организации охлаждения катушечных обмоток роторов высокоскоростных машин, особенно в двухполюсном безвальном исполнении, ввиду сопоставимости величины тангенциального инерционного смещения хладагента с величиной его перемещения в радиальном направлении, в результате чего жидкость скапливается в углах щелевых промежуктов в катушках ротора только с одной стороны и, не омывая предназначенных ля теплообмена поверхностей проводов обмотки, выбрасывается за пределы ротора.

Цель изобретения - повышение КПД и надежности высокоскоростных машин, в особенности малюполюсных, путем интенсификации охлаждения за счет обеспечения контакта жидкого хладагента со всеми поверхностями слоев расщепленных лобовых частей катушек обмотки ротора.

Для достижения поставленной цепи в явнополюсной электрической машине с непосредственным.охлаждением, содержащей статор с обмоткой, ротор с катушечной обмоткой, имеющей в лобовых частях зону расщепления,цапфами, стяжными шпильками и жиклерами подачи хладагента,между лобовьпуги частями обмоток размещены сухари со скошенными в тангенциальном направлении внутренними торцами, центральная стяжная шпилька ротора выполнена полой для подачи хладагента, и жиклеры установлены в ее стенках под лобовыми частями обмотки с направлением на торцы указанных сухарей, а в стенках цапф над промежутками слоев расщепленной обмотки выполнены глухие щелевые пазы, смещенные против вращения и объе31144

и 1енные аксиальными каналами, котоые открыты с двух сторон для подачи хладагента на обмотку статора.

Распределение хладагента между всеми щелевыми промежутками обмотки 5 ротора вьшолнено еще до поступления его в зону расщепления путем разливания струи из жиклера в плоский поток на смежных деталях с последующей подачей разлитого слоя в указанные 10 щелевые промежутки, причем подвод хладагента к расщепленным лобовым частям обмотки ротора и его выход осуществлены так, чтобы обеспечить омыва)гае жидкостью всей поверхности 15 слоев обмотки.

На фиг.1 изображена предлагаемая машина, продольный разрез; на фиг.2разрез А-А на фиг.1-, на фиг.З - разрез В-Б на фиг,1.20

Сердечник 1 магнитопровода ротора выполнен шихтованным и снабжен демпферной обмоткой, короткозамыкающие пластины 2 которой расположены на торцах сердечника, повторяют по 25 профилю листы магнитопровода и соединены со стержнями обмотки посредством пайки или сварки.

На изолированном сердечнике расположены катушки 3 обмотки возбуждения,зо лобовые части которых выполнены расщепленными на слои проводников с образованием между ними щелевых промежутков 4 и размещены между изолированными немагнитами, например пласт- ,,

у

массовыми козырьками 5 и сухарями 6, прикрепленными к короткозамыкающим пластинам. Торць 7 сухарей, обращенные в сторону оси вращения, выполнены скошенными, причем угол наклона Q к оси сухаря величина расчетная, определенная из соотношения величин скорости истечения струи и частоты вращения ротора.

К торцам сердечника примыкают не- с магнитные, например титановые ,цапфы 8 и 9, внутренние полости которых лобовые части катушек 3, а

также козырьки 5 и сухари 6. I

Возможно изготовление ротора без 50

козьфьков 5 при соответствующем видоизменении конфигурации внутренних полостей цапф.

Центрирование каждой цапфы осуществляется путем посадки на цилин- 55 дрическую поверхность смежной короткозамыкающей пластины с опорой на ее торец. Скрепление деталей ротора

684

воедино выполнено посредством нескольких аксиальных шпилек 10, расположенных на периферии, и одной пустотелой центральной шпильке 11, одновременно выполняющей роль канала для прохода хладагента. В стенках этой шпильки установлены жиклеры 12, направленные на скошенные тори) сухарей.

В козырьках 5 выполнены сквозные щелевые каналы 13 для прохода хладагента, совмещенные в аксиальном направлении со щелевыми промежутками между слоями обмотки, а в угловом направлении смещенные против вращения ротора на край зоны расщепления. Аналогичные каналы вьшолнены также в цапфах, однако, чтобы не нарушить продольную жесткость последних, эти каналы выполнены не сквозными, а в виде глухих пазов 14, врезанных в стенки цапф изнутри и сообщающихся между собой посредством аксиальных каналов 15, каждый из которых имеет по два выхода 16 и 17 наружу, расположенных под соответствующей лобовой частью 18 якорной-обмотки статора 19. В рассматриваемом примере один из этих выходов расположен на торце цапфы, а второй - на ее цилиндрической поверхности (возможны варианты).

При работе машины охлаждение ее обмоток осуществляется при последовательном прохождении хладагента от оси вращения к периферии. В канал центральной стяжной шпильки под давлением поступает жидкий хладагент и выливается через жиклеры струями, которые направлены не непосредственно на подлежащие охлаждению лобовые части катушек обмотки ротора, а в пространство между катушками. Вследствие инерции струи отклоняются в тангенциальном направлении против вращения и, закручиваясь в пространстве, ударяются по касательной о наклонные Торцевые поверхности расположенных между катушками сухарей.

На торце каждого сухаря происходит частичное торможение хладагента и формирование из него плоской струи, равной по ширине сухарю, которая сливается затем на один край нижней стороны расщепленной лобовой части катушки в направлении против вращения, поступая Одновременно во все щелевые промежутки между слоями обмотки, и, перемещаясь к периферии

5

под действием центробежных сил, омывает практически всю поверхность слоев обмотки, после чего скапливается на противоположном краю верхней стороны лобовой части. Затем хладагент проходит через щелевые каналы в козырьке и цапфе, перераспределяется в объединяющем аксиальном канале и выбрасывается за пределы ротора через выходные отверстия на торце и цилиндрической поверхности цапфы. Образуя круговые вееры распыленной жидкости в четырех сечениях по длине машины (по два на каждую

441686

цапфу), хладагент поступает изнутри на поверхности лобовых частей неподвижной якорной обмотки и охлаждает ее, после чего эвакуируется из 5 внутренней полости мащины.

Обеспечение омывания хладагентом всех поверхностей расщепленных зон обмотки ротора обуславливает интенсивный отвод тепла и снижение перегревов, что приводит к повышению КПД и надежности предложенной машины по сравнению с известными при прочих равных условиях.

ЯВНОПОЛЮСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА с непосредственным охлаждением, содержащая статор с обмоткой, ротор с катушечной обмоткой, имеющей в лобовых частях зону расщепления, цапфами, стяжными шпильками и жиклерами подачи хладагента, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, между лобовыми частями обмотки за пределами зоны расщепления размещены сухари, преимущественно из изоляционного материала со скошенными в тангенциальном направлении внутренними торцами, центральная стяжная шпилька вьтолнена полой для подвода хладагента, и жиклеры установлены в ее стенках под лобовыми частями обмотки с направлением на торцы сухарей, а в стенках цапф промежутками сЛоев обмотки выполнены глухие щелевые пазы, смещенные против вращения и объединенные аксиальньми каналами, которые откры- 3 ты с двух сторон для подачи хладагенСО та на обмотку статора.

Фиг. 1